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解放軍信息工程大學(xué)國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心
摘要 本文首先介紹了基于IP技術(shù)的CDMA系統(tǒng)，然后說明了系統(tǒng)中話音分組的QoS（Quality of Service服務(wù)質(zhì)量）要求和目標(biāo)，根據(jù)其要求分析了BSC部分的軟件層次結(jié)構(gòu)，提出了針對相應(yīng)問題的解決策略。
關(guān)鍵詞 cdma 2000 基站控制器 IP 服務(wù)質(zhì)量
1 介紹
隨著Internet規(guī)模的不斷增大，各種各樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)爭相涌現(xiàn)，先進的多媒體系統(tǒng)層出不窮。由于實時業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)傳輸時延、延時抖動等特性較為敏感，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有突發(fā)性高的FTP或者含有圖像文件的HTTP等業(yè)務(wù)時，實時業(yè)務(wù)就會受到很大影響；另一方面，多媒體業(yè)務(wù)占去了大量的帶寬，這樣，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)要保證的關(guān)鍵業(yè)務(wù)就難以得到可靠的傳輸。這就要求網(wǎng)絡(luò)管理者對不同的服務(wù)區(qū)別管理，而不能對所有的數(shù)據(jù)包一視同仁。于是各種QoS技術(shù)應(yīng)運而生。這些QoS都是在IP協(xié)議本身上面作優(yōu)化改進以達到提高服務(wù)質(zhì)量的目的。在一個基于IP的CDMA系統(tǒng)中，由于IP協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)本身帶寬的限制，會在實際系統(tǒng)實現(xiàn)時出現(xiàn)一些特有的問題，比如系統(tǒng)抖動、消息遲延等等，這就需要在實現(xiàn)中予以解決，盡力保證用戶數(shù)據(jù)能夠正確傳輸。這就是基于IP的CDMA系統(tǒng)中話音分組的服務(wù)質(zhì)量設(shè)計的基本目標(biāo)。
2 CDMA系統(tǒng)概述
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
cdma 2000系統(tǒng)構(gòu)整個系統(tǒng)由移動終端MT（Mobile Terminal）、基站收發(fā)信機BTS（Base Transceiver）、基站控制器BSC（Base Station Control）和移動交換中心MSC（Mobile Switching Center）、分組控制功能PCF（Packet Control Function）模塊及分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點PDSN（Packet Data Sever Node）等部分組成。一個集中的BSC和若干個BTS組成基站子系統(tǒng)（BSS），簡稱基站BS（Base Station）。BTS完成無線信號的接收和發(fā)送，BSC的功能是對BTS進行控制，使基站和移動臺能相互可靠的傳輸語音數(shù)據(jù)與信令，實現(xiàn)對空中信道的分配管理，完成呼叫控制、移動性管理和功率控制等功能。一個BSC可控制一個或多個BTS。BTS和BSC間的接口（Abis）、BSC和MSC間的接口是基于ATM網(wǎng)絡(luò)的，BSC/PCF和PDSN、Internet間則是通過IP相連的。不管是話音分組數(shù)據(jù)還是普通話音都要通過ATM網(wǎng)絡(luò)從BTS到BSC、再從BSC到MSC或PCF。
按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的要求系統(tǒng)需要架設(shè)ATM專用網(wǎng)絡(luò)，ATM技術(shù)作為一項成熟的技術(shù)，極有可能成為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸方式，但是其造價非常昂貴。而當(dāng)今已經(jīng)發(fā)展的非常成熟的IP技術(shù)，其在成本方面的優(yōu)勢是ATM所無法望其項背的，且網(wǎng)絡(luò)本身的高帶寬適于多媒體數(shù)據(jù)的實時傳輸也可以提供安全方面的保障，因此我們可以構(gòu)建一個基于IP網(wǎng)絡(luò)的CDMA系統(tǒng)，如將Abis和A1/A2/A5接口都改造成為基于IP，BTS、BSC和MSC、PCF間都通過以太網(wǎng)相連，使用IP協(xié)議來傳輸各種業(yè)務(wù)。在該系統(tǒng)中采用UDP進行語音包傳送。但由于IP網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)流量和繁忙時段是不斷變化，會極大影響話音業(yè)務(wù)包的均衡傳送，而UDP是基于不可靠無連接的端口傳輸服務(wù)，因而必須采取有效措施來滿足話音傳輸?shù)馁|(zhì)量要求。
2.3 基于IP的CDMA系統(tǒng)話音傳輸?shù)腝oS要求
對于話音業(yè)務(wù)，我們知道，影響通話質(zhì)量的因素有：編碼方法、時延、時延抖動、丟包、比特差錯、協(xié)議處理。在基于IP的CDMA系統(tǒng)中，可以用業(yè)務(wù)可用性、延遲、可變延遲、吞吐量、丟包率等參數(shù)來描述通話質(zhì)量：
因此從用戶的需求和系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)來講，對話音分組的服務(wù)質(zhì)量要求歸納如下：
（1）對話音分組時延的質(zhì)量保證。
電話語音傳輸往返最大時延是300ms，這就是說150ms單向時延是可以接受的。本系統(tǒng)中，根據(jù)不同的應(yīng)用場景語音業(yè)務(wù)包在BTS、BSC、MSC、PSTN間穿過。以基站部分為例，在這種情況下，在BSC部分最多允許40ms的時延，也就是說，當(dāng)BSC在負荷內(nèi)正常工作時，一幀業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從進入BSC到處理完畢最多只可耗用40ms，這個時間就是一幀話音數(shù)據(jù)在BSC中的最長停留時間。
（2）減少系統(tǒng)抖動和時延。仍以基站部分為例，會出現(xiàn)如下情況：
從同一個MT發(fā)出的數(shù)據(jù)幀是均勻的，即每間隔20ms發(fā)出一幀。由于IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的不均，經(jīng)由BTS的不同扇區(qū)或不同BTS到達BSC以后，它們到達BSC的時間間隔則不再是均勻間隔20ms，而且可能會丟幀，這樣從BSC這一側(cè)看來就出現(xiàn)系統(tǒng)抖動。這個問題會影響到正常通話的進程，解決不好，會引起話音的斷續(xù)或失真。
（3）提高話音質(zhì)量。在CDMA系統(tǒng)中，軟切換技術(shù)是越區(qū)切換時保證話音質(zhì)量的一項重要措施。在基于IP的CDMA系統(tǒng)中，又會有以下情況：
在軟/更軟切換發(fā)生時，MT發(fā)出同一幀數(shù)據(jù)從空中被不同的BTS收到后，經(jīng)由不同路徑到達BSC，到達時間可能不同，而IP網(wǎng)絡(luò)本身的遲滯作用使得這個差異有可能被放大，這對BSC的選擇功能帶來較大影響。如果在質(zhì)量保證措施中沒有對上述問題有效解決，極有可能在終端發(fā)生軟切換期間錯將一些“壞”幀送往上層，這樣可能會引起切換期間手機掉話或是誤導(dǎo)功率控制造成系統(tǒng)上的資源浪費。
3 基于IP的CDMA系統(tǒng)話音分組QoS機制及實現(xiàn)
上面已經(jīng)討論了系統(tǒng)的話音數(shù)據(jù)需要的QoS要求。實際上，對協(xié)議層采用的處理機制也在一定程度上對其產(chǎn)生影響。所以下面將以基站控制器為例進行詳細描述。
參考文獻[2]中指出媒體接入控制（MAC）層包含的功能之一是在軟切換發(fā)生時在來自不同鏈路的相同幀數(shù)據(jù)中選擇相對的"好"幀進行下一步處理，這即是反向鏈路的選擇功能。在選擇MAC功能的實現(xiàn)中，采用如下策略可以改進協(xié)議處理的效能：
（1）緩沖區(qū)管理策略機制。為進入BSC的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)設(shè)置隊列緩沖區(qū)，只要是到來的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都要進入緩沖區(qū)排隊。在軟切換發(fā)生時，這種排隊等待策略正好可以消除前面提到的系統(tǒng)抖動問題。隊列中有相同幀（以幀序號為準(zhǔn)），則比較，較好幀進入隊列；若無相同幀，根據(jù)具體情況選擇丟棄或是進入隊列。對于第一類抖動問題，只要等待時間足夠，則“好”幀實際上都是可以到達的。
�。�2）系統(tǒng)時間約定機制。這一點需要從硬件和軟件兩方面進行保障，硬件方面統(tǒng)一整個系統(tǒng)的時鐘（采用GPS時鐘），而軟件方面就可以在數(shù)據(jù)包中加入時間戳等標(biāo)記。在統(tǒng)一系統(tǒng)時間以后，當(dāng)在BSC處收到來自BTS的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的時間戳讀出數(shù)據(jù)在BTS部分的實際時延，再確定策略1中的等待時間，以保證BSC對數(shù)據(jù)幀的時延不會過長但是又足夠可以消除大部分由網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不均引起的系統(tǒng)抖動。
（3）話音優(yōu)先機制。由于BSC中既要處理話音，又要處理數(shù)據(jù)和信令。由于話音的實時性要求較高，因而在話音、數(shù)據(jù)、信令并存的情況下，優(yōu)先處理話音。參考文獻[2]中有詳細描述，此處不再贅述。
4 結(jié)束語
本文從介紹基于IP技術(shù)的CDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，討論了該系統(tǒng)中話音分組數(shù)據(jù)的服務(wù)質(zhì)量要求和目標(biāo)，并提出了初步的解決方案。相信隨著IP技術(shù)的迅速發(fā)展和CDMA系統(tǒng)的擴展，關(guān)于IP協(xié)議在第三代移動通信系統(tǒng)中的使用會越來越深入，比如由IETF提出的SIP（Session Initiation Protocol）協(xié)議，在此協(xié)議的基礎(chǔ)上可以開發(fā)大量的應(yīng)用于第三代移動通信領(lǐng)域的全IP通信業(yè)務(wù)。這項技術(shù)通過一致的協(xié)議將Internet和移動電話連接起來，使將來的移動終端和其他連接到Internet上的設(shè)備更直接地通過IP數(shù)據(jù)流進行通信。在這些優(yōu)化IP協(xié)議的基礎(chǔ)上設(shè)計CDMA系統(tǒng)，其中QoS的問題將會得到更廣泛的關(guān)注和更深入的研究。
參 考 文 獻
[1] 3GPP2, A.S0003 v1.0.0, "Abis interface Technical Specification for cdma2000 Spread Spectrum Systems", 2000.3
[2] 3GPP2, C.S0003-A v5.0, "Medium Access Control (MAC) Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems", 2001.7
[3] 3GPP2, C.S0001-A v5.0, "cdma2000 - Introduction", 2001.7(文獻類型：國際標(biāo)準(zhǔn))
[4] 楊大成、啜剛、楊鴻文等著，《cdma2000技術(shù)》，北京郵電大學(xué)出版社，2000.11
劉寧軍，女，1980年生，本科，2001年獲得解放軍信息工程大學(xué)計算機應(yīng)用專業(yè)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為在讀無線通信系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生，主要研究方向是基于IP的第三代移動通信系統(tǒng)；
唐曉梅，女，副教授，主要研究方向：第三代移動通信系統(tǒng)；
吳益清，男，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：計算機通信。
----《中國數(shù)據(jù)通信》
